JP2002235192A

JP2002235192A - 電解処理方法及びその装置

Info

Publication number: JP2002235192A
Application number: JP2000396188A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Matsuda; 哲朗松田; Hisafumi Kaneko; 尚史金子; Koji Mishima; 浩二三島; Natsuki Makino; 夏木牧野; Junji Kunisawa; 淳次国沢; Hiroaki Inoue; 裕章井上; Norio Kimura; 憲雄木村; Mitsuko Odagaki; 美津子小田垣; Manabu Tsujimura; 学辻村
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-08-23

Abstract

(57)【要約】【課題】導電層の厚みや膜種、めっき液の電解質等を
変更することなく、基板面内における均一な電解処理を
行えるようにした電解処理装置及びその方法を提供す
る。【解決手段】陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ
被処理基板Ｗと該被処理基板Ｗに対峙させた他方の電極
１４との間に満たした電解液１０の少なくとも一部に、
該電解液１０の電気伝導率より小さい電気伝導率の高抵
抗構造体２２を設けて被処理基板表面Ｗの電解処理を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板の表面
にめっきやエッチング等の電解処理を施す電解処理方法
およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解処理、特に電解めっきは、金属膜の
形成方法として広く利用されている。近年、例えば、銅
の多層配線用の電解銅めっきや、バンプ形成用の電解金
めっきなど、半導体産業などでもその有効性（安価、孔
埋め特性など）が注目され利用されつつある。

【０００３】図７は、いわゆるフェイスダウン方式を採
用して半導体ウエハ等の被処理基板（以下、基板とい
う）の表面に電解めっきを施すめっき装置の従来の一般
的な構成を示すもので、このめっき装置は、上方に開口
し内部にめっき液１００を保持する円筒状のめっき槽１
０２と、基板Ｗを着脱自在に下向きに保持して該基板Ｗ
をめっき槽１０２の上端開口部を塞ぐ位置に配置する基
板保持部１０４とを有している。めっき槽１０２の内部
には、めっき液１００中に浸漬されて陽極電極となる平
板状の陽極板１０６が水平に配置されている。一方、基
板Ｗの下面（めっき面）には導電層Ｓが形成され、この
導電層Ｓは、その周縁部に陰極電極との接点を有してい
る。

【０００４】前記めっき槽１０２の底部中央には、上方
に向けためっき液の噴流を形成するめっき液噴射管１０
８が接続され、めっき槽１０２の上部外側には、めっき
液受け１１０が配置されている。

【０００５】これにより、めっき槽１０２の上部に基板
Ｗを基板保持部１０４で下向きに保持して配置し、めっ
き液１００をめっき槽１０２の底部から上方に噴出させ
て、基板Ｗの下面（めっき面）にめっき液１００の噴流
を当てつつ、陽極板１０６（陽極電極）と基板Ｗの導電
層Ｓ（陰極電極）の間にめっき電源１１２から所定の電
圧を印加することで、基板Ｗの下面にめっき膜を形成す
るようにしている。この時、めっき槽１０２をオーバー
フローしためっき液１００は、めっき液受け１１０から
回収される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ＬＳＩ用のウ
ェハや液晶基板は、年々大面積となる傾向にあり、これ
に伴って、基板の表面に形成されるめっき膜の膜厚のバ
ラツキが問題となってきている。つまり、基板に陰極電
位を与えるために、基板に予め形成した導電層の周縁部
に電極との接点を設けているが、基板の面積が大きくな
ると、基板の周辺の接点から基板中央までの導電層の電
気抵抗が大きくなり、基板面内で電位差が生じてめっき
速度に差が出て、めっき膜の膜厚のバラツキに繋がって
しまう。

【０００７】すなわち、図８は、直径２００ｍｍのシリ
コン基板上に、３０ｎｍ、８０ｎｍ及び１５０ｎｍの膜
厚の導電層（銅薄膜）を形成し、図７に示すような従来
の一般的なめっき装置を使用して電解銅めっきを行った
場合の基板面内における銅めっき膜の膜厚分布を示す図
である。図９は、直径が１００ｍｍ、２００ｍｍ及び３
００ｍｍのシリコン基板上に膜厚１００ｎｍの導電層
（銅薄膜）を形成し、前記と同様にして電解銅めっきを
行った場合の基板面内における銅めっき膜の膜厚分布を
示す図である。図８及び図９から明らかなように、導電
層が薄い場合や、基板直径が大きい場合には、電解めっ
きによって形成される銅めっき膜の膜厚の分布のバラツ
キが大きくなり、著しい場合は基板の中央付近で全く銅
膜が形成されないことが起こる。

【０００８】この現象を、電気化学的に説明すると以下
のようになる。図１０は、図７に示す従来の一般的な電
解めっき装置の電気的等価回路図を示す。つまり、共に
めっき液１００中に没した陽極板１０６（陽極電極）と
基板Ｗの導電層Ｓ（陰極電極）の間にめっき電源１１２
から所定の電圧を印加して、導電層Ｓの表面にめっき膜
を形成すると、この回路中には、以下のような抵抗成分
が存在する。Ｒ１：電源−陽極間の電源線抵抗および各種接触抵抗Ｒ２：陽極における分極抵抗Ｒ３：めっき液抵抗Ｒ４：陰極（めっき表面）における分極抵抗Ｒ５：導電層の抵抗Ｒ６：陰極電位導入接点−電源間の電源線抵抗および各
種接触抵抗

【０００９】図１０から明らかなように、導電層Ｓの抵
抗Ｒ５が他の電気抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びＲ６に比して大き
くなると、この導電層Ｓの抵抗Ｒ５の両端に生じる電位
差が大きくなり、それに伴ってめっき電流に差が生じ
る。このように、陰極導入接点から遠い位置ではめっき
の膜成長速度が低下してしまい、導電層Ｓの膜厚が薄い
と抵抗Ｒ５が更に大きくなって、この現象が顕著に現れ
てしまう。さらに、この事実は、基板の面内で電流密度
が異なることを意味し、めっきの特性自体（めっき膜の
抵抗率、純度、埋込特性など）が面内で均一とならな
い。

【００１０】なお、基板が陽極になる電解エッチングに
おいても、電流方向が反対となるだけで同様の問題が生
じる。例えば、大口径ウェハの製造プロセスでは、ウェ
ハの中央部のエッチング速度が周縁部に比して遅くな
る。

【００１１】これらの問題を回避する方法としては、導
電層の厚さを厚くしたり電気導電率を小さくすることが
考えられる。しかし、基板はめっき以外の製造工程でも
様々な制約を受けるばかりでなく、例えば、微細パター
ン上にスパッタ法で厚い導電層を形成するとパターン内
部にボイドが発生し易くなってしまうため、容易に導電
層の厚みを厚くしたり導電層の膜種を変更することはで
きない。

【００１２】また、陰極電位導入用の接点を基板の一面
に配置すれば、基板面内における電位差を小さくするこ
とが可能であるが、電気接点とした部位はＬＳＩとして
使用できないなど現実的でない。更に、めっき液の抵抗
値（図１０中の抵抗Ｒ３，Ｒ２またはＲ４）を高くする
ことも有効であるが、めっき液の電解質を変更すること
はめっき特性全体の変更を意味し、例えば、めっきする
金属イオン濃度を下げればめっき速度を十分高くとれな
いなどの制約が出てくる。

【００１３】以上のように、基板の周辺部に接点を設
け、基板表面の導電層を用いて電解めっきを行う工程に
おいては、基板のサイズが大きくなるとめっき膜厚が基
板の面内で大きく異なってしまうという問題が発生し、
被処理基板面内での膜厚及びプロセスの均一化が重要な
半導体工業においては、特にこの問題が大きな制約とな
っている。

【００１４】本発明は上記に鑑みて為されたもので、導
電層の厚みや膜種、めっき液の電解質等を変更すること
なく、基板面内における均一な電解処理を行えるように
した電解処理装置及びその方法を提供することを目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ被処理基板
と該被処理基板に対峙させた他方の電極との間に満たし
た電解液の少なくとも一部に、該電解液の電気伝導率よ
り小さい電気伝導率の高抵抗構造体を設けて被処理基板
表面の電解処理を行うことを特徴とする電解処理方法で
ある。

【００１６】これにより、電解液中に没した陽極と陰極
との間の電気抵抗を高抵抗構造体を介して電解液のみか
らなる場合よりも高くして、被処理基板表面の電気抵抗
による電流密度の面内差を小さくすることができる。こ
こで、被処理基板を陰極の接点に接触させることで電解
めっきを、被処理基板を陽極の接点に接触させることで
電解エッチングを行うことができる。

【００１７】請求項２に記載の発明は、前記高抵抗構造
体は、その等価回路における抵抗が、被処理基板の表面
に形成された導電層の前記電極との接点と該接点から電
気的に最も離れた部分との間の等価回路における抵抗よ
り高くなるように構成されていることを特徴とする請求
項１記載の電解処理方法である。これにより、被処理基
板に形成された導電層の電気抵抗による電流密度の面内
差を更に小さくすることができる。

【００１８】請求項３に記載の発明は、陽極と陰極の一
方の電極との接点を持つ被処理基板と該被処理基板に対
峙させた他方の電極との間に電解液を満たして被処理基
板の電解処理を行う電解処理装置において、前記電解液
の少なくとも一部に、該電解液の電気伝導率より小さい
電気伝導率の高抵抗構造体を設けたことを特徴とする電
解処理装置である。

【００１９】請求項４に記載の発明は、前記高抵抗構造
体は、その等価回路における抵抗が、被処理基板の表面
に形成された導電層の前記電極との接点と該接点から電
気的に最も離れた部分との間の等価回路における抵抗よ
り高くなるように構成されていることを特徴とする請求
項３記載の電解処理装置である。

【００２０】請求項５に記載の発明は、前記高抵抗構造
体は、内部に電解液を含有した多孔質物質で構成されて
いることを特徴とする請求項３記載の電解処理装置であ
る。これにより、多孔質物質の内部に複雑に入り込ん
で、薄い構造体にも関わらず、実効的には厚さ方向にか
なり長い経路を辿る電解液を介して、高抵抗構造体とし
ての電気抵抗を増大させることができる。

【００２１】請求項６に記載の発明は、前記多孔質物質
は、多孔質セラミックスであることを特徴とする請求項
５記載の電解処理装置である。このセラミックスとして
は、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニ
ア，コージライト等が挙げられる。また、安定してめっ
き液を保持するため、親水性材料であることが好まし
い。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア
径１０〜３００μｍ、気孔率２０〜６０％、厚み０．２
〜２００ｍｍ、好ましくは２〜５０ｍｍ程度のものが使
用される。

【００２２】請求項７に記載の発明は、前記高抵抗構造
体は、前記電解液とは異なる他の電解液を２枚の隔膜に
挟まれた領域に満たして構成されていることを特徴とす
る請求項３記載の電解処理装置である。これにより、２
枚の隔膜に挟まれた領域に満たされ高抵抗構造体を構成
する電解液（電解質）をめっき処理自体に関係なく任意
に選定することで、高抵抗構造体の電気伝導率の設定が
容易となる。

【００２３】請求項８に記載の発明は、前記高抵抗構造
体は、該高抵抗構造体を挟んで前記電解液を複数に分割
するように設けられていることを特徴とする請求項３記
載の電解処理装置である。これにより、電解液を複数用
いたり、一方の電極の汚染や反応が他方の電極に影響を
及ぼさないようにすることができる。

【００２４】請求項９に記載の発明は、前記高抵抗構造
体は、該高抵抗構造体を挟んで複数に分割された各電解
液中の一部のイオンのみを交換する隔壁的機能を有する
ことを特徴とする請求項８記載の電解処理装置である。
これにより、例えば陽極から発生する一価の銅イオンを
高抵抗構造体で捕獲することで、ブラックフィルムと呼
ばれるにかわ質の黒色膜を陽極に形成する必要をなくす
ことができる。

【００２５】請求項１０に記載の発明は、前記高抵抗構
造体は、該高抵抗構造体を挟んで複数に分割された各電
解液中の気体分子の透過を妨げる隔壁的機能を有するこ
とを特徴とする請求項８記載の電解処理装置である。こ
れにより、例えば陽極表面で多量に発生した酸素ガスが
被処理基板の表面に到達しないようにして、めっき膜の
一部が欠落するなどの不良の発生を防止することができ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態の電解めっき装置に適用した電解処理装置の要部概要
図を示し、図２は、その電気的等価回路図を示す。これ
は、直径２００ｍｍのシリコン基板（以下、基板とい
う）を、いわゆるフェイスダウン方式で保持して、この
表面（下面）に銅めっきを施すようにしたもので、この
基板Ｗの下面（めっき面）には、導電層（シード層）Ｓ
としてのスパッタ銅の薄膜が、例えば１００ｎｍの膜厚
で形成されている。

【００２７】このめっき装置には、例えば硫酸銅をベー
スとしためっき液１０を保持する上方に開口したカップ
状のめっき槽１２が備えられ、このめっき槽１２の底部
には、例えば直径３０ｍｍの中央孔１４ａを有するドー
ナツ形状の陽極板１４が設置されている。この陽極板１
４の材質は、例えば燐を０．０４重量パーセント含む銅
である。めっき槽１２の周囲には、このめっき槽１２の
上部からオーバーフローしためっき液１０を回収するめ
っき液受け１６が配置されている。

【００２８】基板Ｗの周辺部に位置して、めっき槽１２
の上方には、基板Ｗの下面周縁部に圧接して、ここから
のめっき液１０の流出を阻止するリップシール１８と、
このリップシール１８の外方に位置し基板Ｗと接触して
該基板Ｗに陰極電位を導入する接点２０が設けられてい
る。

【００２９】めっき槽１２の内部には、陽極板１４と基
板Ｗとの間に位置して、めっき液１０の電気伝導率より
小さい電気伝導率の高抵抗構造体２２が配置されてい
る。この高抵抗構造体２２は、この例では、例えば気孔
率３０％、平均ポア径１００μｍで厚さＴ_１が２０ｍｍ
のアルミナ製の多孔質セラミックス板２４の内部にめっ
き液１０を含有させることで構成されている。即ち、多
孔質セラミックス板２４自体は絶縁体であるが、この内
部にめっき液１０を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかな
り長い経路を辿らせることで高抵抗構造体２２が構成さ
れている。即ち、多孔質セラミックス板に形成された気
孔の屈曲率は高いので、厚さｄの絶縁物に多数の孔を形
成したものに比べて、同一の厚さｄの多孔質セラミック
ス板における気孔は２ｄ〜３ｄの長い経路となる。この
多孔質セラミックス板２４の陽極板１４の中央孔１４ａ
に対向する位置には、例えば直径１ｍｍの貫通孔２４ａ
が５ｍｍピッチで複数個設けられている。なお、多孔質
セラミックス板２４は、陽極板１４に密着していても良
く、また逆に基板Ｗに密着していても良い。

【００３０】これにより、めっき槽１２の上部に基板Ｗ
を下向きに配置し、めっき液１０をめっき槽１２の底部
から陽極板１４の中央孔１４ａ及び多孔質セラミックス
板２４の貫通孔２４ａを通過させて上方に噴出させ、基
板Ｗの下面（めっき面）にめっき液１０の噴流を当てつ
つ、陽極板１４（陽極電極）と基板Ｗの導電層Ｓ（陰極
電極）の間にめっき電源２６から所定の電圧を印加する
ことで、基板Ｗの下面にめっき膜が形成される。この
時、めっき槽１２をオーバーフローしためっき液１０
は、めっき液受け１６から回収される。

【００３１】この実施の形態のめっき装置を使用し、電
流密度を２０ｍＡ／ｃｍ^２に、陽極板１４の上面と基板
Ｗの下面との距離Ｌを５０ｍｍにそれぞれ設定して銅の
電解めっきを行ったところ、多孔質セラミックス板２４
を設置する前に較べてめっきに必要な電源電圧が約２Ｖ
上昇した。これは、多孔質セラミックス板２４がめっき
液１０より電気伝導率の小さい抵抗体として機能したこ
とによる。

【００３２】つまり、めっき槽１２の断面積は約３００
ｃｍ^２であるので、高抵抗構造体２２の抵抗は、約０．
３３３Ωとなり、図２に示す等価回路において、この高
抵抗構造体２２によって発生した抵抗Ｒｐが新たな抵抗
として加わることになる。なお、図２において、抵抗Ｒ
１〜Ｒ５は、図１０に示す抵抗Ｒ１〜Ｒ５と同じ抵抗を
示している。

【００３３】このように高抵抗構造体２２によって大き
な抵抗Ｒｐが発生すると、基板の中央部における抵抗と
周辺部における抵抗の比、すなわち（Ｒ２＋Ｒｐ＋Ｒ３
＋Ｒ４）／（Ｒ２＋Ｒｐ＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）は１に近
づき、導電層の抵抗Ｒ５の影響は無視できる程度にな
り、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差が
小さくなって、めっき膜の面内均一性が向上する。

【００３４】高抵抗構造体２２の抵抗値は、例えば２０
０ｍｍウェハの場合は０．０１Ω以上で、好ましくは
０．０１〜２Ωの範囲、より好ましくは０．０３〜１Ω
の範囲、更に好ましくは０．０５〜０．５Ωの範囲であ
る。高抵抗構造体の抵抗値は以下の手順で測定する。ま
ず、めっき装置内において、所定距離だけ離間した陽極
板と基板からなる両極間に所定値の直流（Ｉ）を流して
めっきを行ない、このときの直流電源の電圧（Ｖ１）を
測定する。次に、同一のめっき装置において、両極間に
所定厚さの高抵抗構造体を配置し、同一の値の直流
（Ｉ）を流してめっきを行ない、このときの直流電源の
電圧（Ｖ２）を測定する。これにより、高抵抗構造体の
抵抗値Ｒｐ＝（Ｖ２−Ｖ１）／Ｉより求めることができ
る。この場合、陽極板を構成する銅の純度は９９．９９
％以上であることが好ましい。また、陽極板と基板から
なる両極板の距離は、直径２００ｍｍの基板の場合には
５〜２５ｍｍであり、直径３００ｍｍの基板の場合には
１５〜７５ｍｍであることが好ましい。なお、基板Ｗ上
の導電層Ｓの抵抗Ｒ５は、基板の外周と中心との間の抵
抗値をテスタにより測定する、あるいは導電層Ｓの材料
の比抵抗と厚みから計算により求めることができる。

【００３５】図３は、前述のように、多孔質セラミック
ス板２４からなる高抵抗構造体２２を設置しためっき装
置（本実施形態例）と、設置しなかっためっき装置（従
来例）を使用して、基板Ｗの表面に銅めっきを施した時
の基板面内におけるめっき膜の膜厚分布を示す。この図
３から、この実施の形態のめっき装置にあっては、基板
中央部分の薄膜化現象が起こらず、均一にめっきがされ
ていることが判る。

【００３６】一方、めっき液の比抵抗は約５．５Ω・ｃ
ｍであり、めっき槽１２の断面積は約３００ｃｍ^２であ
るので、基板Ｗと陽極板１４との距離を離すことで同様
の効果、即ちめっき液１０で約０．３３３Ωの抵抗を得
ようとすると、約１８ｃｍ余計に離す必要があり、これ
では装置サイズの大型化に繋がってしまう。

【００３７】なお、この実施の形態では、アルミナ製多
孔質セラミックス板で高抵抗構造体を構成した例を示し
ているが、他の材質の炭化シリコンセラミックスなどで
も同様の効果が得られることが確認されている。また、
気孔率やポア径、気孔の屈曲率等は目的に応じて適宜選
択可能である。例えば、この実施の形態では、多孔質セ
ラミックス板に１ｍｍの貫通孔を開けてめっき液の循環
を促したが、気孔径が大きい場合は不要となる。

【００３８】また、塩化ビニールを繊維状に束ね、これ
を互いに溶着させたものを用いれば厚み方向に直線的に
貫通した孔を多量に持つプレートを得ることができ、こ
のようなプレートで高抵抗構造体を構成しても、ポリビ
ニールアルコールなどの発泡体やテフロン（商標名）な
どの繊維を織布や不織布の様態に整形したものを用いて
高抵抗構造体を構成しても良い。更に、これらや導体と
絶縁体、或いは導体同士とを組み合わせた複合体でも同
様の効果が得られる。

【００３９】これらの高抵抗構造体は、いずれもめっき
装置に組み込む前に適宜前処理を施すことができる。特
に、酸洗い、脱脂、めっき液あるいはめっき液中の一成
分での供洗い等が有効である。高抵抗構造体の厚みや形
状は、本発明の主旨を逸脱しない限り適宜変化できるこ
とは勿論である。

【００４０】また、この実施の形態では、電解めっきに
ついて説明したが、電流方向を逆転させれば、つまり、
この装置をそのまま用い、電源の極性を反転させること
で電解エッチングが可能であり、この場合、エッチング
の均一性を向上させることができる。ＬＳＩにおける銅
配線用のめっきプロセスでは、めっきプロセスの前後に
逆電解をかけて電解エッチングを行うことが知られてお
り、例えば、この装置を使用し、２０ｍＡ／ｃｍ^２の電
流密度で７．５秒めっきを施して、５０ｎｍの銅めっき
膜を形成し、電源の極性を反転させ、５ｍＡ／ｃｍ^２の
電流密度で２０秒エッチングを施して、３３ｎｍの銅め
っき膜をエッチングし、しかる後、最終めっきを施すこ
とで、均一にエッチングが行われて埋込み特性が向上す
ることが確かめられている。

【００４１】図４は、本発明の第２の実施の形態の電解
めっきに適用した電解処理装置を示すものである。この
めっき装置は、いわゆるフェイスアップ方式を採用した
もので、基板Ｗは上向きに基板載せ台３０上に載置され
ており、基板Ｗの周辺に位置して、例えばバイトンゴム
製のリップシール３４と、このリップシール３４の外方
に位置し基板Ｗの導電層Ｓと接触して該基板Ｗに陰極電
位を導入する接点３６が設けられている。このリップシ
ール３４は、例えば１０ｍｍの高さを持って、めっき液
１０を保持できるようになっている。

【００４２】基板載せ台３０の上方に保持具３２が配置
され、この保持具３２に陽極板３８と高抵抗構造体４０
を構成する多孔質セラミックス板４２が所定間隔離間し
て保持固定されている。この多孔質セラミックス板４２
は、この例では、例えば気孔率２０％、平均ポア径５０
μｍで厚さＴ_２が１０ｍｍのＳｉＣ製で、内部にめっき
液１０を含有させることで高抵抗構造体４０を構成する
ようになっている。また、陽極板３８は、保持具３２と
多孔質セラミックス板４２により完全に被覆された構造
となっている。なお、多孔質セラミックス板４２は、め
っき液の蓄えられた別の槽（図示せず）で予めめっき液
を含浸させておくことが望ましい。

【００４３】そして、基板Ｗの上面と多孔質セラミック
ス板４２の下面との間に、隙間Ｓ_１を約２ｍｍに設定し
た第１めっき室４４が、多孔質セラミックス板４２の上
面と陽極板３８の下面と間に、隙間Ｓ_２を約１．５ｍｍ
に設定した第２めっき室４６がそれぞれ設けられてお
り、これらの各めっき室４４，４６には、めっき液１０
が導入される。このめっき液１０の導入方法としては、
リップシール３４と多孔質セラミックス板４２の端面と
の隙間から導入したり、陽極板３８に設けた貫通孔を介
して多孔質セラミックス板４２の裏側（上部）に加圧し
ためっき液１０を導入するなどの方法が採られる。

【００４４】なお、この実施の形態において、電解めっ
き中に基板Ｗと基板載せ台３０、若しくは、陽極板３８
と多孔質セラミックス板４２を回転させるようにしても
良い。

【００４５】この実施の形態のめっき装置を使用して基
板Ｗの上面（めっき面）に銅めっきを施し、この銅めっ
き膜の膜厚を調べたところ、多孔質セラミックス板４２
から構成される高抵抗構造体４０を設けることで、前記
実施の形態と同様に膜厚の面内均一性が向上することが
確かめられている。

【００４６】この実施の形態にあっては、陽極板３８を
多孔質セラミックス板４２と保持具３２により完全に被
覆し、陽極板３８と多孔質セラミックス板４２との間に
めっき液１０が満たされる構造となっているが、このよ
うに構成するとともに、多孔質セラミックス板４２の気
孔率や屈曲率、ポア径などを適宜選択することで、従来
にはない新たな効果を得ることができる。

【００４７】この実施の形態の電解めっき装置を使用し
て、３００秒間（２μｍ）のめっき処理を行った際のめ
っき液１０中の銅イオン濃度変化を図５に示す。図５
中、領域Ａは、多孔質セラミックス板４２と基板Ｗとの
間のめっき室４４内のめっき液１０に関するデータで、
領域Ｂは、陽極板３８と多孔質セラミックス板４２との
間のめっき室４６内のめっき液１０に関するデータであ
る。

【００４８】図５より明らかなように、領域Ａではめっ
き進行に従い銅イオン濃度は低下する。この低下率は、
めっきにより基板表面で消費された銅イオンの理論値と
一致する。一方、領域Ｂでは逆に銅イオン濃度が上昇し
ており、この上昇率は陽極板で発生した銅イオンの理論
値と一致する。

【００４９】以上の事実から、多孔質セラミックス板４
２を挟む領域Ａ（めっき室４４）と領域Ｂ（めっき室４
６）との間では、銅イオン交換がほとんど起きておら
ず、多孔質セラミックス板４２は、隔膜的な振る舞いを
していることが判る。このことは、言い換えれば陽極側
で起こる反応は、基板側に影響を及ぼさないということ
である。

【００５０】また、通常、銅の電解めっきに際しては、
陽極に特殊な配慮をする必要がある。第１に、陽極から
発生する一価の銅イオンを捕獲するために陽極表面に
「ブラックフィルム」と呼ばれるにかわ質の黒色膜を形
成する必要から、陽極材料に含燐銅を用いることであ
る。この黒色膜は、銅、燐、塩素などの複合物と言われ
ているが、二価銅イオンのみをめっき液中に送り込み、
めっき表面の異常析出などの原因になる一価銅イオンを
捕獲する働きをする。

【００５１】この実施の形態のめっき装置によれば、図
５から明らかなように、多孔質セラミックス板４２の上
下での銅イオン交換が起きないことから、このような配
慮は不要となる。また、銅の陽極板３８がめっきと共に
電解消耗しその表面が欠落することも有るが、この欠落
物は多孔質セラミックス板４２で捕獲され、基板Ｗのめ
っき表面に付着することもない。更に、陽極に溶解性の
銅陽極を使う代わりに、不溶解性の陽極、例えばチタニ
ウム表面に酸化イリジウムを被覆したものを用いること
もできる。この場合、陽極表面では多量の酸素ガスが発
生するが、この酸素ガスも基板表面に到達しないように
することで、めっき膜の一部が欠落するなどの不良の発
生を無くすことができる。

【００５２】このように、適当な物質を電気伝導率の小
さい物質としてめっき液中に導入し、なおかつ陽極と陰
極を分離するように一様に配置することで、隔膜効果を
得るようにすることもできる。

【００５３】図６は、本発明の第３の実施の形態の金の
電解めっき装置に適用した電解処理装置を示すもので、
このめっき装置は、箱形のめっき槽５０を有し、このめ
っき槽５０の一方の開口端は、例えばチタニウム母材に
酸化イリジウムをコーティングした不溶解性の陽極板５
２で閉塞され、他方の開口端は、基板Ｗをめっき槽５０
側に保持した蓋体５４で開閉自在に閉塞されるようにな
っている。また、めっき槽５０の蓋体５４側端部には、
基板Ｗに圧接して、ここからのめっき液１０の流出を阻
止するリップシール５６と、このリップシール５６の外
方に位置し基板Ｗの導電層Ｓと接触して該基板Ｗに陰極
電位を導入する接点５８が設けられている。

【００５４】めっき槽５０の内部には、基板Ｗと陽極板
５２とを仕切るように２枚の隔膜６０ａ，６０ｂが予め
めっき槽５０に設けられたメッシュ６２ａ，６２ｂによ
って保持されて配置されている。この隔膜６０ａ，６０
ｂとしては、強酸性カチオン交換膜、例えばトクヤマ製
CMSやデュポン社製 N-350などが利用される。

【００５５】これにより、めっき槽５０の内部に、基板
Ｗに面するめっき室６４、陽極板５２に面する電解液室
６６、及び隔膜６０ａ，６０ｂで挟まれた高抵抗電解液
室６８が区画形成されている。更に、これらの各室６
４，６６，６８には、個別の液循環経路が設けられてい
る。

【００５６】そして、めっき室６４には、例えばシアン
化金カリウムをベースとしためっき液７０を、電解液室
６６には、例えば硫酸水溶液（８０ｇ／ｌ）からなる電
解液（めっき液）７２をそれぞれ導入し、例えば毎分２
０ｌで循環させる。また、高抵抗電解液室６８には、め
っき処理による制約を受けることなく、例えば希硫酸水
溶液（１０ｇ／ｌ）からなる電気伝導率の小さい高抵抗
電解液７４を導入し、これによって、ここに高抵抗構造
体７６を構成するようになっている。

【００５７】このように、２枚の隔膜６０ａ，６０ｂで
区画した高抵抗電解液室６８内に希硫酸水溶液等の高抵
抗電解液７４を満たして構成した高抵抗構造体７６を、
めっき液７０，７２中に介在させることで、系全体のめ
っき抵抗を上げ、導電層の抵抗による基板面内の金めっ
き膜の膜厚分布を大幅に低減することができる。しか
も、この例では、希硫酸液の濃度を変化させることでめ
っき系の抵抗値を任意に選定して、めっきの種類、基板
の状況などに応じて適宜めっき条件を変化させることが
できる。

【００５８】このめっき装置は、基板Ｗを蓋体５４で保
持して該蓋体５４を閉め、めっき室６４にめっき液７０
を、電解液室６６に電解液（めっき液）７２をそれぞれ
導入し循環させ、かつ高抵抗電解液室６８に高抵抗電解
液７４を満たした状態で、外部電源（図示せず）より陽
極板５２と基板Ｗ上の導電層Ｓにめっき電流を流すこと
でめっき膜を形成するのであり、陽極板５２の表面に発
生する酸素ガス７８は、電解液（めっき液）７２と共に
外部に排出される。

【００５９】なお、この実施の形態にあっても、陽極板
と基板との距離を非常に大きくしてめっき液自体の電気
抵抗を高くすることで、同様の効果を得ることが可能で
あるが、これでは、装置が巨大化するばかりでなく、高
価な金めっき用のシアン化金カリウムを膨大に使用しな
くてはならず、工業的不利益が大きくなる。以上の実施
例においては、円盤形状の基板を被処理基板としている
が、必ずしも円盤状である必要はなく、例えば矩形でも
良いことは言うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電解液中に没した陽極と陰極との間の電気抵抗を高抵抗
構造体を介して電解液のみからなる場合よりも高くし
て、被処理基板表面の電気抵抗による電流密度の面内差
を小さくすることができ、これによって、電解処理によ
る被処理基板の面内均一性をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の電解めっき装置に
適用した電解処理装置の要部概要図である。

【図２】図１の電気的等価回路図である。

【図３】図１に示すめっき装置と従来のめっき装置でめ
っきを施した時の基板面内におけるめっき膜の膜厚分布
を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の電解めっき装置に
適用した電解処理装置の要部概要図である。

【図５】図４に示すめっき装置を使用してめっき処理を
行った時の領域Ａと領域Ｂにおけるめっき液の銅イオン
濃度の変化を示すグラフである。

【図６】本発明の第３の実施の形態の電解めっき装置に
適用した電解処理装置の要部概要図である。

【図７】従来のめっき装置の概要図である。

【図８】従来のめっき装置を使用して異なる膜厚の導電
層を形成した基板に銅の電解めっきを施した時の基板面
内におけるめっき膜の膜厚分布を示す図である。

【図９】同じく、異なる大きさの基板に銅の電解めっき
を施した時の基板面内におけるめっき膜の膜厚分布を示
す図である。

【図１０】図７に示すめっき装置の電気的等価回路図で
ある。

【符号の説明】

１０，７０，７２めっき液（電解液）１２，５０めっき槽１４，３８，５２陽極板１８，３４，５６リップシール２０，３６，５８接点２２，４０，７６高抵抗構造体２４，４２多孔質セラミックス板２６電源３０基板載せ台３２保持具４４，４６，６４，６６，７０めっき室５４蓋体６０ａ，６０ｂ隔膜６２ａ，６２ｂメッシュ６８高抵抗電解液室７４高抵抗電解液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 3/18 Ｈ０５Ｋ 3/18 Ｎ (72)発明者金子尚史神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者三島浩二東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者牧野夏木東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者国沢淳次東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者井上裕章東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者木村憲雄東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者小田垣美津子東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者辻村学東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AA11 BB09 BB12 CB06 CB21 CB26 4M104 BB04 BB09 DD52 HH20 5E343 AA02 AA11 AA22 BB24 BB71 DD44 DD48 FF16 GG06 GG08 GG11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ
被処理基板と該被処理基板に対峙させた他方の電極との
間に満たした電解液の少なくとも一部に、該電解液の電
気伝導率より小さい電気伝導率の高抵抗構造体を設けて
被処理基板表面の電解処理を行うことを特徴とする電解
処理方法。
【請求項２】前記高抵抗構造体は、その等価回路にお
ける抵抗が、被処理基板の表面に形成された導電層の前
記電極との接点と該接点から電気的に最も離れた部分と
の間の等価回路における抵抗より高くなるように構成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の電解処理方
法。
【請求項３】陽極と陰極の一方の電極との接点を持つ
被処理基板と該被処理基板に対峙させた他方の電極との
間に電解液を満たして被処理基板の電解処理を行う電解
処理装置において、前記電解液の少なくとも一部に、該電解液の電気伝導率
より小さい電気伝導率の高抵抗構造体を設けたことを特
徴とする電解処理装置。
【請求項４】前記高抵抗構造体は、その等価回路にお
ける抵抗が、被処理基板の表面に形成された導電層の前
記電極との接点と該接点から電気的に最も離れた部分と
の間の等価回路における抵抗より高くなるように構成さ
れていることを特徴とする請求項３記載の電解処理装
置。
【請求項５】前記高抵抗構造体は、内部に電解液を含
有した多孔質物質で構成されていることを特徴とする請
求項３記載の電解処理装置。
【請求項６】前記多孔質物質は、多孔質セラミックス
であることを特徴とする請求項５記載の電解処理装置。
【請求項７】前記高抵抗構造体は、前記電解液とは異
なる他の電解液を２枚の隔膜に挟まれた領域に満たして
構成されていることを特徴とする請求項３記載の電解処
理装置。
【請求項８】前記高抵抗構造体は、該高抵抗構造体を
挟んで前記電解液を複数に分割するように設けられてい
ることを特徴とする請求項３記載の電解処理装置。
【請求項９】前記高抵抗構造体は、該高抵抗構造体を
挟んで複数に分割された各電解液中の一部のイオンのみ
を交換する隔壁的機能を有することを特徴とする請求項
８記載の電解処理装置。
【請求項１０】前記高抵抗構造体は、該高抵抗構造体
を挟んで複数に分割された各電解液中の気体分子の透過
を妨げる隔壁的機能を有することを特徴とする請求項８
記載の電解処理装置。